《三极管差动放大器》实验报告_2.docVIP

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创新实验项目报告书

实验名称

三极管差动放大器

日期

2012年3月10日

姓名

专业

通信工程

实验目的

设计三极管差动放大器,要求如下:

差分输入电压Vid≤100mV；

要求放大电路增益≥20dB；

3dB带宽10Hz~1MHz；

尽可能提高共模拟制比(KCMR)。

实验原理

图1差动放大器原理图

图1差动放大器原理图

差动放大器的工作原理

1.Tr1.Tr2发射极电流的和为定值

如图1所示,假设Tr1、Tr2完全相同,当没有输入信号时,各自的发射极电流Ie1、Ie2相同,且均为恒流源Tr3的发射极电流的一半。当在输入1加电压时,Ie1增加ΔIe,由于Ie1+Ie2被恒流源Tr3控制,故Ie2减小ΔIe,即Ie1与Ie2具有相同的变化量,只是增减方向不同。

2.对输入信号的差进行放大

该电路的输出是以集电极电流（=发射极电流）的变化量、以集电极电阻上的压降取出的。

ΔIe是由Tr1与Tr2的Vbe的差值决定的,当两个输入信号相同时,Tr1与Tr2的Vbe相同,两者之差为零,因而没有输出。

当两个输入信号不同时,Ie1与Ie2的变化量大小相等、方向相反,因而Vo1与Vo2是振幅相同、相位相反的信号。

故差动放大器电路仅对两个输入信号的差进行放大,不放大相同的输入信号,因而可以起到抑制温漂的作用。

3.差动放大器的增益

差动放大器的输入有单端输入、双端输入两种形式,输出也有单端输出、双端输出两种形式。

双端输出的增益为:

单端输出的的增益为:

即单端输出增益为双端输出的一半。

可见差动放大器的增益与单管共射放大的增益相同,增加了一只管子并没有增大增益,但很好地抑制了温漂。

可见差动放大器的增益与单管共射放大的增益相同，增加了一只管子并没有增大增益，但很好地抑制了温漂。

三、实验过程

1.差动放大器的设计

、确定电源电压

差分输入电压Vid≤100mV,放大电路增益≥20dB,即10倍,因为实际增益总小于理论计算值,故将理论计算的增益定位20倍,最大输出电压为100mV×20=2V。

差动放大器的电源电压要比最大输出电压加上作为恒流源工作的Tr3的发射极电阻Re3上的压降的值还要大。

如令Re3的压降为2V,电源电压在4V以上即可。

为了使Tr1.Tr2的基极电压为0V,去掉输入侧的耦合电容,使电路简单化,故采用±5V的双电源。

、确定Tr1.Tr2的工作点

Tr1、Tr2的集电极电流一般为0.1至数毫安。在这里设为1mA,则恒流源Tr3的发射极电流设定在2mA。令Re3上的压降为2V,电流流过2mA,所以

、恒流源的设计

为了使Re3上的压降为2V,设Vbe为0.6V,则R2上的压降为2.6V,所以R1上的压降为7.4V。

为了使Tr3上的基极电流可以忽略,则在R1、R2上流过的电流有必要比基极电流大10倍以上。如果设β=100,则Tr3的基极电流为

所以流过R1.R2的电流为0.2mA。

、确定Rc1.Rc2.Re1.Re2

由于Tr1.Tr2基极电位被Rb1.Rb2偏置在0V,因此,Ve1=Ve2=-0.6V。

如将Rc1、Rc2的压降设定在Ve1(Ve2)与正电源的中点附近,就能获得最大输出电压,即Rc1、Rc2的压降为2.2V。由于集电极电流设定在1mA,所以

增益设定为20倍,所以

可令,Rc1=Rc2=2kΩ,Re1=Re2=51Ω。

、确定Rb1.Rb2

Rb1、Rb2决定了输出电阻,也有将Tr1、Tr2的基极电位偏置在0V的作用。取Rb1=Rb2=10kΩ即可。

、确定C1.C2

C1、C2起到隔直的作用,可取C1=C2=10μF。

、确定三极管的型号

S9018的参数符合要求,且频率特性较好,故三只管子都用S9018。为了很好地抑制温漂,Tr1.Tr2的参数应严格一致,电阻规格也应严格一致。

表1S9018的特性

项目

符号

规格

单位

集电极-基极间电压

25

V

集电极-发射极间电压

18

V

基极-发射极间电压

4

V

集电极电流

Ic

150

mA

综上,设计的差动放大器电路图如下:

图2差动放大器电路图

图2差动放大器电路图

表2差动放大器元件清单

元件名称

位号

型号

规格

数量

电阻

R1

36kΩ

1

电阻

R2

13kΩ

1

电阻

Rb1.Rb2

10kΩ

2

电阻

Rc1.Rc2

2kΩ

2

电阻

Re1.Re2

51Ω

2

电阻

Re3

1kΩ

1

电解电容

C1.C2

10μF

2

三极管

Tr1.Tr2、Tr3

S90